深圳子科生物報(bào)道：DNA是一種強(qiáng)大的構(gòu)建載體，它的序列可以被設(shè)計(jì)，自我組裝。由此2006年美國加州理工學(xué)院計(jì)算機(jī)生物工程師Paul Rothemund開發(fā)了一種“DNA折紙術(shù)”（ DNA origami technique），像折疊一條長帶子那樣，把一條DNA長鏈反復(fù)折疊，形成需要的圖形，就像用一根單線條繪制出整幅圖畫。經(jīng)過近十年的發(fā)展，DNA折紙技術(shù)已經(jīng)變得更加強(qiáng)大了。一期（12月6日）的Nature雜志上公布了四項(xiàng)突破性成果，三個(gè)研究小組利用各種新策略，組裝出了比以前更大的DNA結(jié)構(gòu)，而且這些方法也能幫助DNA折紙以更低成本批量生產(chǎn)，這代表著這一研究領(lǐng)域的一大躍進(jìn)。

分形組裝過程構(gòu)建蒙娜麗莎的概念動(dòng)畫

來自加州理工學(xué)院生物工程系的錢璐璐（Lulu Qian）博士早年師從上海交通大學(xué)賀林院士，她一直都對生物納米技術(shù)與DNA分子計(jì)算感興趣，幾年前就曾與加州理工學(xué)院合作，利用人工合成的DNA分子，在試管中制成了當(dāng)時(shí)zui復(fù)雜的生化電路。今年9月，其研究組在Science雜志上發(fā)表了全新DNA“機(jī)器人”的重要成果，解決了現(xiàn)有的機(jī)器人不能自動(dòng)行走等局限問題。

在的Nature論文（“Fractal assembly of micrometre-scale DNA origami arrays with arbitrary patterns”）中，錢博士等人受到數(shù)學(xué)中“分形(Fractals) ”概念的啟發(fā)，研發(fā)出了一種成本低廉的新折紙技術(shù)。

“分形(Fractals) ”其實(shí)是指不同尺寸的相關(guān)物體重復(fù)出現(xiàn)，比如不同大小的血管，或者雪花晶體。“如果要從一組特殊的DNA鏈開始，構(gòu)建非常復(fù)雜的DNA納米結(jié)構(gòu)，就必須將組裝過程分解成多個(gè)更簡單的步驟。在每一步中，幾個(gè)較小的結(jié)構(gòu)單元都是在各自試管中組裝出來，然后再將它們混合在一起，進(jìn)一步自組裝成更大的結(jié)構(gòu)”，錢博士說。她的研究團(tuán)隊(duì)也開發(fā)了在線軟件，從而其他研究組也可以使用這一技術(shù)了。

公雞，細(xì)菌和蒙娜麗莎的“DNA折紙”原子力顯微圖像

來自慕尼黑理工大學(xué)的生物物理學(xué)家Hendrik Dietz的研究小組則是采用的DNA折紙技術(shù)與逐步構(gòu)建策略，也就是自然界中分子機(jī)器采用的方法，例如對稱性和多層次的裝配過程。這些方法令他的團(tuán)隊(duì)“從DNA折紙之前的megadalton單位發(fā)展成了gigadalton單位”。

另一篇文章（“Biotechnological mass production of DNA origami”）中，Dietz等人還利用噬菌體大量生產(chǎn)自切割單鏈DNA，然后將其組裝成肉眼可見的納米結(jié)構(gòu)。

中間組裝產(chǎn)物的透射電子顯微照片（左）和*組裝的十二面體（右）?？s放比例為50納米

哈佛醫(yī)學(xué)院Wyss生物工程研究所的系統(tǒng)生物學(xué)家尹鵬（Peng Yin）早年畢業(yè)于北京大學(xué)，其研究組曾在“DNA折紙”研究領(lǐng)域取得了許多重要成果。在這項(xiàng)研究中，尹鵬等人采用的是與上述兩者都不同的一種新策略：傳統(tǒng)DNA折紙技術(shù)是用長支架鏈和短鏈搭建而成，而尹鵬研究組從DNA短鏈中構(gòu)建了一個(gè)包含52個(gè)核苷酸的DNA單元，就像是一塊樂高積木。

尹鵬說：“與傳統(tǒng)的腳手架折紙相比，DNA‘積木’具有許多優(yōu)點(diǎn)。 首先它是模塊架構(gòu)，這意味著如果你想設(shè)計(jì)不同的形狀，只需要從現(xiàn)有的DNA‘積木’庫中尋找，進(jìn)行組裝。其次這種方法不需要長的腳手架鏈，至少從原理上來說，它應(yīng)該更具可擴(kuò)展性。”

10,000個(gè)DNA“積木”搭建出了一個(gè)泰迪熊形狀的空腔

這些研究人員都希望能通過增加組裝結(jié)構(gòu)的尺寸，zui大限度地提高核酸生產(chǎn)能力，從而創(chuàng)建和測試可以用于各種應(yīng)用的分子結(jié)構(gòu)。 Dietz表示他的研究組小組對分子療法特別感興趣，“你可以在納米結(jié)構(gòu)表面上將病毒蛋白作為抗原，然后獲得免疫反應(yīng)，這樣就不需要讓生物機(jī)體接觸實(shí)際的病毒。這是*合成的。將來還會有很多有趣的臨床應(yīng)用”，他解釋說。

包括V形，矩形和三角形DNA折紙磚組成的自組裝十二面體的代表性圖像。結(jié)構(gòu)的半徑約為220納米，分子量約為1.2gigadaltons